우리는 제조 장치 및 탄소 나노 튜브 기반의 고주파 바이오 센서를위한 측정 프로토콜을 설명합니다. 높은 주파수 감지 기술은 근본적인 이온 (의 Debye) 선별 효과를 완화하고 기존의 전자 바이오 센서가 실패 높은 이온 강도 솔루션을 운영 할 나노 튜브 바이오 센서 수 있습니다. 우리의 기술은 점의 배려 (POC) 생리학 관련 조건에서 작동하는 전자 바이오 센서의 고유 한 플랫폼을 제공합니다.
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이 논문에서
요약
초록
독특한 전자 특성과 단일 벽 탄소 나노 튜브 (SWNT) 및 반도체 나노 와이어의 높은 표면 대 부피 비율은 (NW) 1-4 그들에게 고감도 바이오 센서에 대한 좋은 후보를합니다. 충전 된 분자가 같은 센서 표면에 바인딩 할 때, 그것의 DC 전도성의 변화의 결과로, 센서 캐리어 밀도 5 변경합니다. 그러나 이온 용액에 청구 표면은 전기 이중층 (EDL)를 형성 솔루션에서 카운터 이온을 끈다. 이 EDL 효과적으로 충전을 화면 및 생리학 관련 조건 ~ 100 밀리몰 (MM), 특성 담당 검사 길이 (Debye에 길이) 나노 미터 (nm의) 미만이다. 따라서, 높은 이온 강도 솔루션, 충전 기반 (DC) 검출은 근본적으로 6-8을 방해합니다.
우리는 탄소 nanot을 운영하여, 높은 주파수에서 분자 쌍극자보다는 요금을 감지하여 충전 선별 효과를 극복고주파 믹서 9-11과 같은 우베 전계 효과 트랜지스터. 높은 주파수에서 AC 드라이브 힘은 더 이상 용액 저항을 극복 할 수 없으며 솔루션 이온은 EDL을 형성하는 데 충분한 시간을 가지고 있지 않습니다. 또한, 주파수 혼합 기술은 우리가 이온 심사를 극복 할만큼 충분히 높은 주파수에서 작동 할 수 있으며, 아직 낮은 주파수 11-12에서 감지 신호를 감지합니다. 또한, 단일 벽 탄소 나노 튜브 트랜지스터의 높은 컨덕턴스 외부 신호 증폭기의 필요성을 미연에 방지 센싱 신호에 대한 내부 이득을 제공한다.
여기, 우리는 () 단일 벽 탄소 나노 튜브 트랜지스터, (B) (C) 설계 및 장치에 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 마이크로 유체 챔버 (14)를 스탬프 나노 튜브 13 생체 분자를 기능화 등을 조작하는 프로토콜을 설명 (D) 다른 이온 강도 해결책 11에서 높은 주파수 감지를 수행합니다.
서론
충전 된 분자가 단일 벽 탄소 나노 튜브 또는 NW 전자 센서에 바인딩 할 때, 그것은 하나 기증 / 전자를 받아들이거나 지역 정전 게이트 역할을 할 수 있습니다. 두 경우 모두, 바인딩 분자 센서의 측정 DC 전도성의 변화로 이어지는, SWNT 또는 NW 채널 전하 밀도를 변경할 수 있습니다. 15-20 분자의 큰 다양성이 성공적으로 바인딩 이벤트 기간 동안 나노 센서의 DC 특성을 연구하여 발견되었다. 충전 감지 기반 감지 메커니즘은 레이블 무료 탐지 21 펨토 몰 감도 22, 전자는 기능 15를 읽을 등 많은 이점이있다하더라도, 그것은 단지 낮은 이온 강도 솔루션에 효과적입니다. 높은 이온 강도 솔루션, DC 검출은 이온 검사 6-8에 의해 방해된다. 충전 된 표면은 표면 근처에 전기 이중층 (EDL)를 형성하는 솔루션에서 카운터 이온을 끈다. EDL은 효과적으로 비용을 상영. T와 같은솔루션 증가 그는 이온 강도, EDL은 좁고 심사 증가됩니다. 이 검사 결과는 검사의 Debye 길이 λ D에 의해 특징입니다
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프로토콜
1. 단일 벽 탄소 나노 튜브 성장을위한 촉매 패터닝
- 500 nm의시 3 N 5백분의 4 nm의 그런가 2 필름 위에 성장 저압 화학 기상 증착 (CVD)과 실리콘 웨이퍼로 시작합니다.
- 40 초 동안 4,000 rpm으로 다음 5 초 동안 500 rpm에서 포토 레지스트 (PR)의 코팅 층을 회전합니다.
- 90 초 동안 115 ° C에서 웨이퍼를 굽는다.
- 촉매 (그림 1)를위한 직사각형 구덩이에 포토 마스크를 사용하고 300 0.3 초 엠제이 / cm 2의 UV (365 nm의) 조도에서 웨이퍼를 노출합니다. 노출 된 후 90 초 동안 115 ° C에서 웨이퍼를 굽는다.
팁 : 다른 크기의 디자인 구덩이 SWNT 화학 기상 증착 (CVD) 성장 과정에서 다양성을 고려하여 5 미크론 × 5 미크론, 10 미크론 × 5 마이크론 등의 예를 들어.
- 70 초 부드럽게 과정을 통해 웨이퍼를 흔들어에 대한 개발자의 웨이퍼를 개발할 수 있습니다.
- DI 물 공급....
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결과
중단 탑 게이트와 단일 벽 탄소 나노 튜브 트랜지스터의 주사 전자 현미경 이미지는 그림 7A에 표시됩니다. 게이트 크기는 정지 25 일에 대한 중요합니다. 현재 디자인 치수 (x 가로 x 두께 = 25 μm의 X 1 ㎛ × 100 nm의 길이)입니다. 게이트 전극은 50 nm의 Cr/50 뉴 멕시코의 Au 구성되어 두꺼운 크롬 층은 중단 구조에 힘을 더 추가합니다. 중단 된 구조는 탑 게이트와 드레인 (그림 7b) 간의 누설 전류의 유무에 의해 확인된다.
우리는 우리의 SWNT 센서를 평가하기 위해 비오틴 - 스트렙 타비 딘 리간드 - 수용체 시스템을 사용합니다. 측벽 작용의 성공을 특성화하기 위해 우리는 각 작용 단계 후 공기 FET DC 전송 곡선을 모니터링 할 수 있습니다. 77 그림 설명이 biotinylation 후 오른쪽으로 이동 곡선의 변화 (적색)와 스.......
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토론
탄소 나노 튜브의 성장은 용광로 조건뿐만 아니라 기판 청결뿐만 아니라 따라 달라집니다. 성장을위한 최적의 가스 유량, 온도, 압력은 신중하게 보정하고 일단 그들이 더 많거나 적은 안정적인 고정해야합니다. 이러한 조건이 충족되고도 함께, 우리는 성장 패턴 촉매 영역 촉매와 기판 청결의 양에 따라 달라집니다 있습니다. 따라서, 우리는 성장 변화에 대한 계정에 여러 촉매 구덩이 크기를 포함. 한 시간 고온 단계는 기판 PR 잔류 등과 같은 오염 물질을 제거 도왔다. 그림 2는 우리가 단일 벽 탄소 나노 튜브 성장을 위해 채택 된 상태를 보여줍니다 어닐링.
다이 처리 단계에서 오염 물질의 존재는 화학적 및 생물학적 센싱의 스퓨리어스 신호를 발생할 수 있습니다. 따라서, 화학 작용 전후에 완전히 기판을 세척 할 필요가 있습니다. 각 작용 후 세척 단계는 REM하는 데 도움이활성 근처 장치에 부착 할 수있는 여분의 시약을 비켜. 우리는 또한 기판이 깨끗 아.......
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공개 사항
저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.
감사의 글
우리는 초기 논의 코넬 대학에서 교수 폴 McEuen 고 감사합니다. 작업은 스타트 업 펀드 미시간 대학과 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 확장 가능한 나노 제조 프로그램 (DMR-1120187)에 의해 제공에 의해 지원됩니다. 이 작품은 미시간 대학, 국립 과학 재단에 의해 후원 국가 나노 인프라 네트워크의 회원에 Lurie는의 나노 제조 시설을 사용했다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| REAGENTS< | |||
| 실리콘 웨이퍼(P형, < 100>, 500-550 &뮤; m 두께) | 실리콘 밸리 마이크로 일렉트로닉스 | ||
| SPR 220 3.0 | 다우 (Rohm and Haas) | Megaposit SPR | PPE |
| AZ 300MIF | AZ Electronic Material Corporation | PPE | |
| 아세톤 | J T Baker | 9005-05 | PPE |
| 이소프로판올 (IPA) | J T Baker | 9079-05 | |
| 완충 불화 수소산 | Transene | PPE | |
| 1-피렌 부탄산, 숙시니미딜 에스테르 | 분자 프로브 | P130 | PPE |
| 비오틴 PEO 아민 | Thermo Scientific | EZ- 링크 PEG2 비오틴, # 21346 | PPE |
| 스트렙타비 | 인비트로겐 | S 888 | PPE |
| 디메틸포름아미드 | MP 바이오메디컬 | 0219514791 PPE | |
| 폴리디메틸실록산 엘라스토머 베이스 및 경화제 | 다우 코닝 | 실가드 184 엘라스토머 키트 | PPE |
| SU-8 2015 | Microchem | Y111064 | PPE |
| SU-8 개발자 | Microchem | Y020100 | PPE |
| 실란화 에이전트 | Sigma Aldrich | 452807 | PPE |
| 수소 | 순도 플러스 | LNF | |
| 에틸렌 | 순도 플러스 | LNF | |
| 곤 | Purity Plus | LNF | |
| 인산염 버퍼 식염수 시스템 | Sigma Aldrich | PBS1 | |
| EQUIPMENT | |||
| Lurie Nanofabrication Facility (University of Michigan)에서 제공하는 장비는 카탈로그 열에서 LNF로 표시됩니다. | |||
| GCA 200 자동 스테퍼 | GCA | LNF | |
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| Desiccator | Bel-Art | F420100000 | |
| 생검 펀치 | Ted Pella | 15071/78 | |
| 메스 | Ted Pella | 548 | |
| 폴리에틸렌 튜빙 PE-50 | VWR | 20903-414 | |
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| 주사기 바늘 | Fisher Scientific | 14-821-13A | |
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| 전류 프리앰프 | DL Instruments, LLC | DL 1211 | |
| BNC 케이블 | Allied Electronics | 665-xxxx | |
| SMA 케이블 | Sentro Tech Corp | SCF65141 |
참고문헌
- Dekker, C. Carbon nanotubes as molecular quantum wires. Phys. Today. 52, 22-28 (1999).
- McEuen, P. L., Fuhrer, M. S., Park, H. K. Single-walled carbon nanotube electronics. IEEE Transactions on Nanotechnology. 1, 78-85 (2002).
- Duan, X. F., Huang, Y., Cui, Y., Wang, J. F., ....
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